Teoria dos diodos, Notas de estudo de Eletromecânica

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APOSTILA

DE

ELETRÔNICA BÁSICA

CAPÍTULO 3

DISPOSITIVOS OPTOELETRÔNICOS E DIODO ZENER

Versão 20070801

ÍNDICE

• 3.1. DISPOSITIVOS OPTOELETRÔNICOS
  • 3.1.1. DIODO LED
  • 3.1.2. FOTODIODO
• 3.2. DIODO ZENER
  • 3.2.1. CURVA CARACTERÍSTICA
  • 3.2.2. POLARIZAÇÃO
  • 3.2.3. POTÊNCIA E CORRENTE MÁXIMA
  • 3.2.4. REGULADOR DE TENSÃO
• BIBLIOGRAFIA
• APÊNDICE A – FOLHA DE DADOS

Sabendo que V = R × I ou I

V

R =

Assim, LED

CC LED I

V V

R

Onde VCC — VLED (tensão da bateria menos a queda de tensão sobre o LED) é a queda de tensão sobre o resistor.

Considerando a corrente ILED = 20mA, fica:

⇒ = ⇒ = Ω

R R

mA

R

I

V V

R

LED

CC LED

Na prática podemos escolher o resistor comercial com valor mais próximo, ou R = 470Ω.

Exercício 3-1:

No exemplo anterior, calcule a corrente no LED considerando o resistor R = 470Ω.

3.1.2. FOTODIODO

O fotodiodo é um diodo com uma junção PN projetada para responder a uma excitação óptica, ou seja, ele é um componente eletrônico do tipo fotodetector.

Pode ser usado tanto na polarização direta como na reversa. Na polarização direta, o funcionamento é o de uma célula fotovoltaica, isto é, quando a luz incide sobre o componente, há o surgimento de uma pequena corrente. Na polarização reversa ele pode ser usado como detector de luz. Nesta situação ele tem uma resistência altíssima que diminui com a incidência da luz. Monitorando-se esta corrente reversa, tem-se um detector bastante sensível à variação da luz. Quanto maior a incidência de luz, maior a corrente reversa que passa por ele.

A sensibilidade é dada em Ampere/Lux (1 lux = 1 lumen/m2)

3.2. DIODO ZENER

O diodo zener é um diodo construído especialmente para operar polarizado reversamente, na região de ruptura.

A figura abaixo mostra a simbologia do diodo zener, sendo a 3-2a a mais utilizada nos esquemas eletrônicos.

Figura 3-2 – simbologias do diodo zener.

3.2.1. CURVA CARACTERÍSTICA

Observa-se na figura seguinte a curva característica do diodo zener, bastante semelhante à de um diodo retificador comum.

Figura 3-3 – curva característica do diodo zener.

A sua principal aplicação é como regulador de tensão, que pode ser observado na figura acima.

O diodo zener, polarizado reversamente, inicia a condução de corrente a partir da tensão zener, que é especificada de acordo com o tipo do zener. Assim, nota-se na figura 3.3 que a corrente sobre ele aumenta rapidamente, enquanto a tensão permanece aproximadamente constante e igual à tensão zener.

3.2.3. POTÊNCIA E CORRENTE MÁXIMA

Além da tensão VZ, os diodos zener também têm especificado a sua potência. Com base nestes dois parâmetros pode-se saber a corrente máxima que ele pode suportar.

Exemplo 3-3:

Suponha um diodo zener de 5,6V e de 400mW de potência. Qual a corrente máxima que pode passar por ele?

Solução:

Sabendo-se que: P = V × I ou V

P

I =

Substituindo os valores: I mA V

mW I V

P

I Z Z

Z

Z Z^71 5 , 6

max = ⇒ max= = ⇒ max=

Na prática não seria aconselhável que o componente trabalhasse na condição limite. Em geral, os fabricantes colocam nas folhas de dados uma corrente IZmax da ordem de 90%. Em nosso caso seria algo em torno de 64mA (= 71 X 0,9).

3.2.4. REGULADOR DE TENSÃO

A principal atuação do diodo zener é como regulador de tensão. Na figura abaixo (3-5) foi adicionado um resistor RL de carga em paralelo com o diodo zener. Isto significa que a tensão sobre o resistor RL será igual a tensão VZ, mesmo que haja alguma variação na tensão da fonte.

Figura 3-5 – resistor de carga adicionado ao circuito. Exemplo 3-4:

No circuito abaixo calcule as correntes.

Solução: Começando com IS que é a corrente que passa por RS:

I mA R

V V

I Z

S

CC Z S (^) 330 27 ,^3

= (repare que é o mesmo valor calculado no

exemplo 3-2)

Cálculo de IL: I mA R K

V

I L

L

Z L^6 1000

= = = ⇒ = (a tensão sobre RL é a própria tensão VZ)

Repare também que IS é a corrente total do circuito, então:

I (^) S = IZ + I L ou I (^) Z = IS − IL => I (^) Z = 27 , 3 − 6 => I (^) Z = 21 , 3 mA

Comparando com o exemplo 3-2, nota-se que a corrente total é a mesma, só que neste circuito, 6mA são desviados para o resistor RL.

É importante saber que o zener só atuará como regulador, se a tensão sobre o resistor RL for maior do que a tensão VZ se o zener for retirado do circuito.

Tomando-se novamente o circuito acima, sem o diodo zener (figura 3-6):

Figura 3-6 – circuito do exemplo 3-4 sem o diodo zener.

Primeiro calcula-se IS: I mA R R

V

I S

S L

CC 11 , 3

Então,

VL = RL × I S => VL = 1 K Ω× 11 , 3 mA => VL = 11 , 3 V

Como VL é maior que VZ, colocando-se o zener de 6V, haverá regulação.

Exercício 3-2: Tente calcular as correntes no circuito do exemplo 3-4, porém, considere o resistor RL igual a 150Ω. O que acontece?

APÊNDICE A – FOLHA DE DADOS